Cover
Start nu gratis embedded systems 1 Samenvatting.pdf
Summary
# Basiselementen van elektronica en elektrische circuits
Dit onderdeel behandelt de fundamentele bouwstenen van elektronica, vanaf de microscopische structuur van atomen en moleculen tot macroscopische concepten zoals lading, stroom, spanning, vermogen en weerstand, inclusief de analyse van circuits met behulp van de wetten van Ohm en Kirchhoff [1](#page=1).
### 1.1 Atoom, molecuul en elektrische lading
* **Atoom:** De kleinste eenheid van een chemisch element die de eigenschappen van dat element behoudt. Het bestaat uit een kern (protonen en neutronen) en elektronen in banen daaromheen [1](#page=1).
* **Molecuul:** Een groep van twee of meer atomen gebonden door chemische bindingen [1](#page=1).
* **Elektrische lading:** Een fundamentele eigenschap van materie die krachten tussen geladen deeltjes veroorzaakt. Protonen zijn positief geladen, elektronen negatief. Neutrale objecten hebben een gelijke hoeveelheid positieve en negatieve lading [1](#page=1).
### 1.2 Elektrische stroom
Elektrische stroom is de beweging van elektrische ladingen, meestal veroorzaakt door elektronen in geleiders [1](#page=1).
* **Definitie:** Stroomsterkte ($I$) is de hoeveelheid lading die per tijdseenheid door een dwarsdoorsnede van een geleider vloeit [1](#page=1).
* **Eenheid:** Ampère (A) ] [1](#page=1).
* $1 \, \text{A} = 1 \, \frac{\text{Coulomb}}{\text{seconde}}$ [1](#page=1).
* **Tip:** Denk aan stroom als water dat door een pijp stroomt; de stroomsterkte is de hoeveelheid water per seconde [1](#page=1).
### 1.3 Elektrische spanning
Elektrische spanning, ook wel potentiaalverschil genoemd, is de "drang" van ladingen om van een hoger potentiaal naar een lager potentiaal te bewegen om neutraliteit te bereiken [2](#page=2).
* **Definitie:** Spanning ($U$ of $V$) is het verschil in elektrisch potentiaal tussen twee punten [2](#page=2).
* **Eenheid:** Volt (V) ] [2](#page=2).
* $1 \, \text{V} = 1 \, \frac{\text{Joule}}{\text{Coulomb}}$ [2](#page=2).
* **Tip:** Vergelijk spanning met de hoogte van een waterreservoir; een hoger reservoir heeft meer potentiële energie [2](#page=2).
### 1.4 Vermogen
Elektrisch vermogen is de snelheid waarmee elektrische energie wordt verbruikt of geleverd [2](#page=2).
* **Definitie:** Vermogen ($P$) is het product van spanning en stroomsterkte [2](#page=2).
* **Formule:** $P = U \times I$ [2](#page=2).
* **Eenheid:** Watt (W) ] [2](#page=2).
* $1 \, \text{W} = 1 \, \frac{\text{Joule}}{\text{seconde}}$ [2](#page=2).
* **Arbeid (Energie):** Vaak uitgedrukt in Joule (J) of kilowattuur (kWh) [2](#page=2).
### 1.5 Weerstand
Weerstand ($R$) is de eigenschap van een materiaal om de doorstroming van elektrische stroom te belemmeren [2](#page=2).
* **Definitie:** Weerstand ($R$) is de verhouding tussen spanning ($U$) en stroomsterkte ($I$) [2](#page=2).
* **Formule (Wet van Ohm):**
* $R = \frac{U}{I}$ [2](#page=2).
* $U = I \times R$ [2](#page=2).
* $I = \frac{U}{R}$ [2](#page=2).
* **Eenheid:** Ohm ($\Omega$) [2](#page=2).
#### 1.5.1 Factoren die weerstand beïnvloeden
De weerstand van een geleider wordt beïnvloed door:
* **Lengte ($L$):** Hoe langer de geleider, hoe hoger de weerstand [2](#page=2).
* **Doorsnede-oppervlakte ($A$):** Hoe groter de doorsnede, hoe lager de weerstand [2](#page=2).
* **Soortelijke weerstand ($\rho$):** Een materiaaleigenschap die aangeeft hoe goed het materiaal stroom geleidt [2](#page=2).
#### 1.5.2 Wet van Pouillet
De wet van Pouillet relateert de weerstand van een draad aan zijn fysische eigenschappen [2](#page=2):
$$R = \rho \frac{L}{A}$$
Waar:
* $R$ = weerstand in Ohm ($\Omega$) [3](#page=3).
* $\rho$ = soortelijke weerstand in Ohm-meter ($\Omega \cdot \text{m}$) [3](#page=3).
* $L$ = lengte in meters (m) [3](#page=3).
* $A$ = doorsnede-oppervlakte in vierkante meters ($\text{m}^2$) [3](#page=3).
**Voorbeeld:** Een aluminium kabel van 45 meter lang met een dwarsdoorsnede van 25 $\text{mm}^2$ (wat neerkomt op $25 \times 10^{-6} \, \text{m}^2$) en een soortelijke weerstand van aluminium van ongeveer $2,8 \times 10^{-8} \, \Omega \cdot \text{m}$ heeft een weerstand van ongeveer [3](#page=3):
$$R = (2,8 \times 10^{-8} \, \Omega \cdot \text{m}) \times \frac{45 \, \text{m}}{25 \times 10^{-6} \, \text{m}^2} \approx 0,0504 \, \Omega$$ [3](#page=3).
> **Tip:** Zorg ervoor dat alle eenheden consistent zijn, met name voor lengte en oppervlakte, voordat je de Wet van Pouillet toepast. Vaak moeten $\text{mm}^2$ omgezet worden naar $\text{m}^2$ door te vermenigvuldigen met $10^{-6}$ [9](#page=9).
### 1.6 Weerstanden in serie en parallel
#### 1.6.1 Weerstanden in serie
Bij seriegeschakelde weerstanden zijn ze achter elkaar geplaatst. De stroom is overal gelijk, en de totale weerstand is de som van de individuele weerstanden [3](#page=3).
* **Formule:** $R_{\text{totaal}} = R_1 + R_2 + R_3 + \dots$ of algemeen $\sum_{i=1}^{n} R_i$ [10](#page=10) [3](#page=3).
* **Voorbeeld:** Drie in serie geschakelde weerstanden van 5 $\Omega$, 10 $\Omega$ en 15 $\Omega$ met een stroom van 2 A.
* Totale weerstand: $R_{\text{totaal}} = 5 \, \Omega + 10 \, \Omega + 15 \, \Omega = 30 \, \Omega$ [4](#page=4).
* Spanning over de bron: $U_{\text{bron}} = I \times R_{\text{totaal}} = 2 \, \text{A} \times 30 \, \Omega = 60 \, \text{V}$. Een voltmeter aangesloten over de bron zou 60 V aangeven [4](#page=4).
#### 1.6.2 Weerstanden in parallel
Bij parallelgeschakelde weerstanden zijn ze naast elkaar geplaatst. De spanning over elke weerstand is gelijk, en de stroom splitst zich op [3](#page=3).
* **Formule:** Het omgekeerde van de totale weerstand is gelijk aan de som van de omgekeerden van de individuele weerstanden [3](#page=3):
$$\frac{1}{R_{\text{totaal}}} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + \frac{1}{R_3} + \dots$$ of algemeen $\sum_{i=1}^{n} \frac{1}{R_i}$ [10](#page=10) [3](#page=3).
* **Voor twee weerstanden:** Een vereenvoudigde formule is:
$$R_{\text{totaal}} = \frac{R_1 \times R_2}{R_1 + R_2}$$ [10](#page=10).
* **Voorbeeld:** Drie weerstanden van 2,0 $\Omega$, 4,0 $\Omega$ en 8,0 $\Omega$ parallel geschakeld op 8,0 V.
* Vervangingsweerstand:
$$\frac{1}{R_{\text{totaal}}} = \frac{1}{2,0 \, \Omega} + \frac{1}{4,0 \, \Omega} + \frac{1}{8,0 \, \Omega} = 0,5 \, \text{S} + 0,25 \, \text{S} + 0,125 \, \text{S} = 0,875 \, \text{S}$$ (S staat voor Siemens, de eenheid van geleidbaarheid) [10](#page=10) [3](#page=3).
$$R_{\text{totaal}} \approx \frac{1}{0,875 \, \text{S}} \approx 1,14 \, \Omega$$ [10](#page=10) [3](#page=3).
* Totale stroomsterkte: $I_{\text{totaal}} = \frac{U}{R_{\text{totaal}}} \approx \frac{8,0 \, \text{V}}{1,14 \, \Omega} \approx 7,0 \, \text{A}$ [10](#page=10) [3](#page=3).
* Stroomsterkte door elke weerstand:
* $I_1 = \frac{8,0 \, \text{V}}{2,0 \, \Omega} = 4,0 \, \text{A}$ [10](#page=10) [3](#page=3).
* $I_2 = \frac{8,0 \, \text{V}}{4,0 \, \Omega} = 2,0 \, \text{A}$ [10](#page=10) [3](#page=3).
* $I_3 = \frac{8,0 \, \text{V}}{8,0 \, \Omega} = 1,0 \, \text{A}$ [10](#page=10) [3](#page=3).
* Controle: $4,0 \, \text{A} + 2,0 \, \text{A} + 1,0 \, \text{A} = 7,0 \, \text{A}$ [10](#page=10) [3](#page=3).
* Totale vermogen: $P_{\text{totaal}} = U \times I_{\text{totaal}} = 8,0 \, \text{V} \times 7,0 \, \text{A} = 56 \, \text{W}$ [10](#page=10) [3](#page=3).
> **Tip:** Voor een parallelschakeling geldt altijd dat de vervangingsweerstand kleiner is dan de kleinste individuele weerstand [10](#page=10).
### 1.7 Wetten van Kirchhoff
De wetten van Kirchhoff zijn fundamentele regels voor het analyseren van elektrische circuits [4](#page=4).
#### 1.7.1 Eerste wet van Kirchhoff (Stromenwet of Knopenwet)
De som van alle stromen die een knooppunt (waar meerdere draden samenkomen) binnenkomen, is gelijk aan de som van alle stromen die het knooppunt verlaten. Dit is gebaseerd op het behoud van lading [4](#page=4).
* **Formule:** $\sum I_{\text{in}} = \sum I_{\text{uit}}$ ] of $\sum I_{\text{knooppunt}} = 0$ [13](#page=13) [4](#page=4).
* **Voorbeeld:** Als 4,0 A en 2,0 A een knooppunt binnenkomen, en 1,0 A verlaat het, dan moet $4,0 \, \text{A} + 2,0 \, \text{A} - 1,0 \, \text{A} = 5,0 \, \text{A}$ het knooppunt verlaten [4](#page=4).
* **Tip:** Beschouw stromen die een knooppunt binnenkomen als positief en stromen die het verlaten als negatief (of andersom, mits consequent) [13](#page=13).
#### 1.7.2 Tweede wet van Kirchhoff (Spanningswet of Maschenwet)
De som van alle spanningsvallen in een gesloten kring (maas) is gelijk aan de som van de bronspanningen in die kring. Dit is gebaseerd op het behoud van energie [4](#page=4).
* **Formule:** $\sum U_{\text{bronnen}} = \sum U_{\text{vallen}}$ ] of $\sum U_{\text{maas}} = 0$ [13](#page=13) [4](#page=4).
* **Voorbeeld:** In een gesloten kring met één spanningsbron en drie weerstanden in serie, is de som van de spanningen over de weerstanden gelijk aan de bronspanning [4](#page=4).
* **Tip:** Loop een lus met de klok mee (of tegen de klok in) en ken een teken toe aan elke spanning: positief voor een spanningsbron in de richting van de lus, negatief voor een spanningsval over een weerstand in de richting van de lus [13](#page=13).
### 1.8 Oefeningen
#### 1.8.1 Oefening 1 (Serie schakeling)
Drie in serie geschakelde weerstanden van 5 $\Omega$, 10 $\Omega$ en 15 $\Omega$ worden doorlopen met een stroomsterkte van 2 A. Welke waarde duidt een voltmeter, over de bron geschakeld, aan [14](#page=14) [4](#page=4)?
* **Berekening:**
* Totale weerstand: $R_{\text{totaal}} = 5 \, \Omega + 10 \, \Omega + 15 \, \Omega = 30 \, \Omega$ [14](#page=14) [4](#page=4).
* Spanning van de bron: $U_{\text{bron}} = I \times R_{\text{totaal}} = 2 \, \text{A} \times 30 \, \Omega = 60 \, \text{V}$ [14](#page=14) [4](#page=4).
* **Antwoord:** De V-meter duidt 60 V aan [4](#page=4).
#### 1.8.2 Oefening 2 (Serieschakeling met spoel)
Een weerstand van 5 $\Omega$ is in serie geschakeld met een spoeltje van koperdraad dat 57 m draad van 0,3 $\text{mm}^2$ doorsnede bevat. De schakeling is aangesloten op een accumulator van 12 V. Bereken de stroomsterkte die de keten opneemt. (Soortelijke weerstand koper $\rho \approx 1,7 \times 10^{-8} \, \Omega \cdot \text{m}$; doorsnede $A = 0,3 \, \text{mm}^2$) [14](#page=14) [5](#page=5).
* **Berekening:**
* Omrekening doorsnede: $A = 0,3 \, \text{mm}^2 = 0,3 \times 10^{-6} \, \text{m}^2$ [5](#page=5).
* Weerstand van de spoel: $R_{\text{spoel}} = \rho \frac{L}{A} = (1,7 \times 10^{-8} \, \Omega \cdot \text{m}) \times \frac{57 \, \text{m}}{0,3 \times 10^{-6} \, \text{m}^2} \approx 3,23 \, \Omega$. (Correctie op pagina 14: $\approx 3.192 \, \Omega$) [14](#page=14) [5](#page=5).
* Totale weerstand: $R_{\text{totaal}} = R_{\text{weerstand}} + R_{\text{spoel}} = 5 \, \Omega + 3,23 \, \Omega = 8,23 \, \Omega$. (Correctie op pagina 14: $8.192 \, \Omega$) [14](#page=14) [5](#page=5).
* Stroomsterkte: $I = \frac{U}{R_{\text{totaal}}} \approx \frac{12 \, \text{V}}{8,23 \, \Omega} \approx 1,46 \, \text{A}$. (Correctie op pagina 14: $\approx 1.465 \, \text{A}$) [14](#page=14) [5](#page=5).
#### 1.8.3 Oefening 3 (Parallel schakeling)
Drie weerstanden, respectievelijk 2,0 $\Omega$, 4,0 $\Omega$ en 8,0 $\Omega$, zijn parallel geschakeld op een spanning van 8,0 V. Bereken de vervangingsweerstand, de totale stroomsterkte en de stroomsterkte door elke weerstand. Welk vermogen wordt er in totaal ontwikkeld [15](#page=15) [5](#page=5)?
* **Berekening:**
* Vervangingsweerstand: $\frac{1}{R_{\text{totaal}}} = \frac{1}{2,0 \, \Omega} + \frac{1}{4,0 \, \Omega} + \frac{1}{8,0 \, \Omega} = 0,5 \, \text{S} + 0,25 \, \text{S} + 0,125 \, \text{S} = 0,875 \, \text{S}$ [15](#page=15) [5](#page=5).
* $R_{\text{totaal}} \approx \frac{1}{0,875 \, \text{S}} \approx 1,14 \, \Omega$ [15](#page=15) [5](#page=5).
* Totale stroomsterkte: $I_{\text{totaal}} = \frac{U}{R_{\text{totaal}}} \approx \frac{8,0 \, \text{V}}{1,14 \, \Omega} \approx 7,0 \, \text{A}$ [15](#page=15) [5](#page=5).
* Stroomsterkte door elke weerstand:
* $I_1 = \frac{8,0 \, \text{V}}{2,0 \, \Omega} = 4,0 \, \text{A}$ [15](#page=15) [5](#page=5).
* $I_2 = \frac{8,0 \, \text{V}}{4,0 \, \Omega} = 2,0 \, \text{A}$ [15](#page=15) [5](#page=5).
* $I_3 = \frac{8,0 \, \text{V}}{8,0 \, \Omega} = 1,0 \, \text{A}$ [15](#page=15) [5](#page=5).
* Totaal vermogen: $P_{\text{totaal}} = U \times I_{\text{totaal}} = 8,0 \, \text{V} \times 7,0 \, \text{A} = 56 \, \text{W}$ [15](#page=15) [5](#page=5).
#### 1.8.4 Oefening 4 (Complexe schakeling)
Deze oefeningen (pagina's 5-8, 11-16) bevatten complexe schakelingen waarvoor een schematische weergave essentieel is voor een correcte oplossing. Vaak zijn er inconsistenties tussen de gegeven waarden en de berekende waarden op basis van de opgegeven componenten, wat duidt op mogelijke fouten in de bron of de noodzaak van een precies schema. De principes van serieschakelingen, parallelschakelingen, de Wet van Ohm en de wetten van Kirchhoff worden toegepast om de vervangingsweerstand, deelstromen en deelspanningen te berekenen [11](#page=11) [15](#page=15) [16](#page=16) [6](#page=6) [8](#page=8).
> **Tip:** Bij complexe schakelingen is het nuttig om de schakeling op te splitsen in eenvoudigere series en parallelle delen en deze stapsgewijs te vereenvoudigen. Teken altijd een schematische weergave van de schakeling [8](#page=8).
---
# Magnetisme en elektromagnetisme
Dit onderdeel verkent de fundamentele principes van magnetisme, inclusief natuurlijke en kunstmatige magneten, en hun relatie met elektronica, met een focus op magnetische velden, de Lorentzkracht en elektromagnetische inductie [18](#page=18).
### 2.1 Magnetisme: basisconcepten
Magnetisme is een fundamenteel natuurkundig verschijnsel dat voortkomt uit bewegende elektrische ladingen en resulteert in de vorming van magnetische velden. Deze velden oefenen krachten uit op andere magnetische materialen en bewegende ladingen [18](#page=18).
#### 2.1.1 Vormen van magneten
Magneten kunnen worden onderverdeeld in twee hoofdtypen:
* **Natuurlijke magneten:** Materialen die van nature magnetische eigenschappen vertonen, zoals magnetiet [18](#page=18).
* **Kunstmatige magneten:** Gemaakt door materialen magnetisch te maken via blootstelling aan een extern magnetisch veld. Deze zijn verder onder te verdelen in [18](#page=18):
* **Permanente magneten:** Behouden hun magnetisme langdurig na verwijdering van het externe veld [18](#page=18).
* **Niet-permanente magneten (elektromagneten):** Magnetisch alleen wanneer er een elektrische stroom doorheen loopt; hun sterkte is afhankelijk van de stroomsterkte [18](#page=18).
### 2.2 Elektromagnetisme
Elektromagnetisme bestudeert de relatie tussen elektriciteit en magnetisme en is cruciaal voor het begrijpen van veel elektronische componenten [18](#page=18).
#### 2.2.1 Magnetische velden rond geleiders
Een elektrische stroom door een geleider genereert een magnetisch veld eromheen. De richting van dit veld kan bepaald worden met de rechterhandregel [18](#page=18).
* **Rechte geleider:** Genereert een cirkelvormig magnetisch veld [18](#page=18).
* **Spoelen (windingen/solenoïdes):** Meerdere windingen van draad versterken het magnetische veld aanzienlijk door de combinatieve effecten van individuele windingen [19](#page=19).
* **Spoel met kern:** Het plaatsen van een magnetisch geleidend materiaal, zoals ijzer, in de kern versterkt het magnetische veld verder, wat essentieel is voor elektromagneten [19](#page=19).
#### 2.2.2 De Lorentzkracht
De Lorentzkracht is de kracht uitgeoefend op een geladen deeltje dat beweegt in een magnetisch veld. Het is een fundamenteel concept voor de werking van elektromotoren [19](#page=19).
De kracht is evenredig met de lading ($q$), snelheid ($v$) en de sterkte van het magnetisch veld ($B$). De formule luidt [19](#page=19) [21](#page=21):
$$ \vec{F}_L = q (\vec{v} \times \vec{B}) $$ [21](#page=21).
Hierin staat $\times$ voor het uitwendig product (kruisproduct) [21](#page=21).
* **Richting:** De richting van de Lorentzkracht wordt bepaald door de rechterhandregel. Voor een positieve lading ($q > 0$) wijst de kracht in de richting van $\vec{v} \times \vec{B}$. Voor een negatieve lading ($q < 0$) is de richting tegengesteld [19](#page=19) [22](#page=22).
* **Gevolgen:** De Lorentzkracht staat altijd loodrecht op de bewegingsrichting en verricht geen arbeid, waardoor de kinetische energie en snelheid van het deeltje constant blijven. Wel kan de richting van de beweging veranderen, wat resulteert in circulaire of helicale banen [22](#page=22).
* **Toepassingen:** Elektrische motoren, lineaire motoren, massaspectrometers en deeltjesversnellers [22](#page=22).
> **Tip:** Begrijp de rechterhandregel goed, want deze is essentieel voor het bepalen van de richting van krachten in elektromagnetische systemen [22](#page=22).
#### 2.2.3 Elektromagnetische inductie
Inductie, of elektromagnetische inductie, is het verschijnsel waarbij een veranderend magnetisch veld een elektrische spanning induceert in een geleider. Dit is het omgekeerde principe van elektromagnetisme en is cruciaal voor generatoren en transformatoren [19](#page=19) [22](#page=22).
* **Beweging en fluxverandering:** Inductie treedt op wanneer een geleider beweegt in een magnetisch veld, of wanneer een magnetisch veld verandert rond een stilstaande geleider. Dit gebeurt wanneer de magnetische flux ($\Phi_B$) door een lus van een geleider verandert. Magnetische flux meet de hoeveelheid magnetisch veld die door een oppervlak gaat [19](#page=19) [22](#page=22) [24](#page=24).
* **De wet van Faraday:** De geïnduceerde spanning ($V_{inductie}$) is evenredig met de snelheid van de fluxverandering. Volgens de wet van Faraday [19](#page=19) [24](#page=24):
$$ V_{inductie} = -\frac{d\Phi_B}{dt} $$ [20](#page=20) [23](#page=23) [24](#page=24).
De geïnduceerde spanning ($V_{inductie}$) wordt uitgedrukt in volt, de magnetische flux ($\Phi_B$) in weber (Wb), en de tijd ($t$) in seconden. Het minteken geeft de richting van de geïnduceerde stroom aan volgens de wet van Lenz, die stelt dat de geïnduceerde stroom de oorzaak van de fluxverandering tegenwerkt [23](#page=23) [24](#page=24).
* **Gemiddelde geïnduceerde spanning:** Voor een fluxverandering over een tijdsduur $\Delta t$:
$$ V_{inductie} \approx -\frac{\Delta\Phi_B}{\Delta t} $$ [24](#page=24).
* **Spoel met N windingen:** De totale geïnduceerde spanning in een spoel met $N$ windingen is:
$$ V_{inductie} = -N \frac{d\Phi_B}{dt} $$ [24](#page=24).
* **Inductie door beweging:** Een geleider die beweegt met snelheid $v$ loodrecht door een uniform magnetisch veld $B$, met een lengte $L$ in het veld, induceert een spanning van:
$$ V_{inductie} = BLv $$ [25](#page=25).
* **Toepassingen:** Generatoren (zetten mechanische om in elektrische energie) transformatoren (verhogen of verlagen van wisselspanningen) en diverse sensoren (zoals nabijheidssensoren en snelheidsmeters) [19](#page=19) [23](#page=23).
> **Tip:** Denk bij de wet van Lenz aan een 'tegengestelde reactie'. Als de magnetische flux toeneemt, probeert de geïnduceerde stroom deze toename te verminderen door een magnetisch veld te creëren dat tegengesteld is aan het externe veld [25](#page=25).
### 2.3 Oefeningen en toepassingen
De principes van magnetisme en elektromagnetisme vinden brede toepassing in de praktijk [20](#page=20).
#### 2.3.1 Oefening 1: Bewegingsrichting
Een typische quizvraag test het begrip van de bewegingsrichting van een geleider in een magnetisch veld, die bepaald wordt door de Lorentzkracht en de rechterhandregel. Mogelijke antwoorden zijn "Achter" en "Voor" [20](#page=20) [27](#page=27).
#### 2.3.2 Oefening 2: Transformatoren
Vragen over de spanning en stroom na een transformator, gegeven de primaire spanning en de weerstand aan de secundaire kant, vereisen kennis van transformatorverhoudingen en de wet van Ohm ($V=IR$) [20](#page=20) [27](#page=27).
Voor een transformator met $N_p$ windingen in de primaire spoel en $N_s$ windingen in de secundaire spoel, geldt de relatie tussen spanningen ($V_p, V_s$) en windingen:
$$ \frac{V_s}{V_p} = \frac{N_s}{N_p} $$ [20](#page=20) [23](#page=23) [25](#page=25).
De stroomverhouding is omgekeerd evenredig:
$$ \frac{I_p}{I_s} = \frac{N_s}{N_p} = \frac{V_s}{V_p} $$ [27](#page=27).
In een ideale transformator blijft het vermogen ($P=V \times I$) behouden. Als de spanning stijgt, daalt de stroom, en omgekeerd [26](#page=26):
$$ V_s I_s = V_p I_p $$ [26](#page=26).
Mogelijke antwoorden voor spanning en stroom kunnen zijn: 230V – 2,3A, 115V – 0,15A, 460V – 0,46A [20](#page=20) [27](#page=27).
> **Tip:** De verhouding tussen het aantal windingen van de primaire spoel ($N_p$) en de secundaire spoel ($N_s$) is gelijk aan de verhouding van de spanningen: $\frac{V_s}{V_p} = \frac{N_s}{N_p}$. De stroomverhouding is omgekeerd evenredig met de spanningsverhouding: $\frac{I_p}{I_s} = \frac{N_s}{N_p} = \frac{V_s}{V_p}$. De wet van Ohm ($V=IR$) kan worden gebruikt om de stroom te berekenen die door de secundaire weerstand loopt [27](#page=27).
#### 2.3.3 Oefening 3: Toepassingsprincipe
Deze oefening test het herkennen van het onderliggende principe van een specifieke toepassing, met keuzes zoals "Vermogen", "Inductie" of "Lurentzkracht". Veel toepassingen, zoals motoren en generatoren, maken gebruik van inductie of de Lorentzkracht [20](#page=20) [27](#page=27) [28](#page=28).
> **Tip:** Het identificeren van het onderliggende principe van een toepassing, waarbij de keuze tussen inductie en de Lorentzkracht cruciaal is afhankelijk van de context, is hierbij belangrijk [28](#page=28).
---
# Elektronische componenten en hun toepassingen
Hier is een gedetailleerde studiehandleiding over elektronische componenten en hun toepassingen, gebaseerd op de verstrekte documentatie.
## 3 Elektronische componenten en hun toepassingen
Dit hoofdstuk introduceert fundamentele elektronische componenten, hun eigenschappen en toepassingen, variërend van passieve componenten zoals weerstanden en condensatoren tot actieve componenten zoals diodes en transistors [30](#page=30).
### 3.1 Passieve componenten
#### 3.1.1 Weerstanden
Weerstanden zijn componenten die de doorstroming van elektrische stroom beperken. De belangrijkste eigenschap is de weerstandswaarde, gemeten in ohm ($\Omega$) [30](#page=30).
##### Weerstandskleurcodes
De waarde van een weerstand wordt vaak aangegeven met een reeks gekleurde banden. Deze banden vertegenwoordigen cijfers, vermenigvuldigingsfactoren en toleranties [30](#page=30).
* **Tolerantie:** Geeft de maximale afwijking van de nominale weerstandswaarde aan [30](#page=30).
> **Tip:** Het leren en toepassen van de weerstandskleurcode is een essentiële vaardigheid voor iedereen die met elektronica werkt [30](#page=30).
##### Voorbeelden van kleurcodes en waarden
* Grijs, Rood, Rood, Goud: 8,2 k$\Omega$ met een tolerantie van 5% [30](#page=30).
* Geel, Paars, Rood (4 banden): 470 $\Omega$ met een tolerantie van 2% [35](#page=35).
* Geel, Paars, Zwart, Zilver, Rood (5 banden): 1,8 M$\Omega$ met een tolerantie van 2% [35](#page=35).
#### 3.1.2 Lichtafhankelijke weerstand (LDR)
Een LDR, ook wel fotoweerstand genoemd, is een component waarvan de weerstandswaarde afhankelijk is van de hoeveelheid invallend licht. Meer licht betekent een lagere weerstand [30](#page=30).
> **Tip:** LDR's worden gebruikt in schakelingen die reageren op lichtintensiteit, zoals automatische straatverlichting of lichtsensoren [30](#page=30).
##### Oefening met LDR
* Bij 10 Lumen (1 Ftc) is de weerstand van de LDR ongeveer 10 k$\Omega$, wat resulteert in een spanning van 2,5V over de LDR in een typische spanningsdelerconfiguratie [31](#page=31) [36](#page=36).
* Bij 1000 Lumen (100 Ftc) is de weerstand van de LDR ongeveer 0,6 k$\Omega$, met een spanning van 0,28V over de LDR [31](#page=31) [36](#page=36).
#### 3.1.3 Thermistor
Een thermistor is een weerstand waarvan de weerstandswaarde sterk temperatuurafhankelijk is [31](#page=31).
* **PTC (Positive Temperature Coefficient):** De weerstand neemt toe met toenemende temperatuur [31](#page=31) [36](#page=36).
* **NTC (Negative Temperature Coefficient):** De weerstand neemt af met toenemende temperatuur [31](#page=31) [36](#page=36).
##### Oefening met thermistor
Beschouw een circuit met een 15V voedingsbron, een stroommeter (interne weerstand 3 $\Omega$) en een instelbare weerstand van 17 $\Omega$. Een thermistor heeft een nominale waarde van 4 k$\Omega$ bij een bepaalde temperatuur.
* Bij 77°F (25°C) is de thermistor weerstand 4 k$\Omega$. De totale weerstand is $17\Omega + 3\Omega + 4000\Omega = 4020\Omega$. De gemeten stroom is $\frac{15V}{4020\Omega} \approx 3,73$ mA [31](#page=31) [36](#page=36).
* Bij 150°F (65,5°C) is de thermistor weerstand 950 $\Omega$. De totale weerstand is $17\Omega + 3\Omega + 950\Omega = 970\Omega$. De gemeten stroom is $\frac{15V}{970\Omega} \approx 15,46$ mA [31](#page=31) [36](#page=36).
#### 3.1.4 Potentiometer
Een potentiometer is een variabele weerstand die werkt als een spanningsdeler. Het heeft drie aansluitingen: twee eindpunten van een weerstandselement en een beweegbaar contact (wiper) [31](#page=31) [37](#page=37).
##### Toepassingen van potentiometers
* **Draaiknoppen:** Vaak gebruikt in audioapparatuur (mengpanelen, autoradio's), meestal logaritmisch afgesteld [32](#page=32) [41](#page=41).
* **Schuifknoppen (faders):** Gebruikt in mengpanelen voor volumeregeling, doorgaans lineair [32](#page=32) [41](#page=41).
* **Positiebepaling:** Meten van bijvoorbeeld de gaspedaalpositie in een auto, waarbij de uitvoerspanning lineair correleert met de positie [32](#page=32) [41](#page=41).
#### 3.1.5 Condensator
Een condensator is een passief elektronisch component dat elektrische energie opslaat in een elektrisch veld, bestaande uit twee geleidende platen gescheiden door een diëlektricum. De capaciteit, gemeten in Farad (F), bepaalt de hoeveelheid opgeslagen lading bij een bepaalde spanning [32](#page=32).
##### Toepassingen van condensatoren
Condensatoren worden veel gebruikt in filtercircuits [32](#page=32) [41](#page=41):
* **RC low-pass filter:** Laat lage frequenties door en verzwakt hoge frequenties [32](#page=32) [41](#page=41).
* **CR high-pass filter:** Laat hoge frequenties door en verzwakt lage frequenties [32](#page=32) [41](#page=41).
* **Band-pass filter:** Laat een specifiek frequentiebereik door [32](#page=32) [41](#page=41).
> **Tip:** Condensatoren worden ook gebruikt voor energieopslag (zoals in cameraflitsers) en timing in elektronische circuits [32](#page=32).
### 3.2 Halfgeleiders
Halfgeleiders zijn materialen met een elektrische geleidbaarheid tussen die van geleiders en isolatoren. Hun geleidbaarheid kan gemanipuleerd worden door doping [32](#page=32) [44](#page=44).
* **N-type halfgeleider:** Gemaakt door te dopen met atomen met vijf valentie-elektronen, wat resulteert in een overschot aan vrije elektronen als ladingsdragers. Elektronen zijn de meerderheidsladingsdragers, gaten de minderheidsladingsdragers [32](#page=32) [44](#page=44) [45](#page=45).
* **P-type halfgeleider:** Gemaakt door te dopen met atomen met drie valentie-elektronen, wat "gaten" creëert die als positieve ladingsdragers fungeren. Gaten zijn de meerderheidsladingsdragers, elektronen de minderheidsladingsdragers [32](#page=32) [44](#page=44) [45](#page=45).
### 3.3 Actieve componenten
#### 3.3.1 Diode
Een diode is een halfgeleidercomponent die elektrische stroom voornamelijk in één richting toelaat. Het bestaat uit een PN-overgang [33](#page=33) [41](#page=41) [45](#page=45).
* **Anode:** De P-zijde van de diode [33](#page=33).
* **Kathode:** De N-zijde van de diode [33](#page=33).
De diode geleidt stroom in doorlaatrichting (positieve spanning op anode t.o.v. kathode) en blokkeert stroom in sperrichting (negatieve spanning op anode t.o.v. kathode) [33](#page=33) [45](#page=45).
##### Toepassingen van diodes
Diodes worden gebruikt in diverse schakelingen [33](#page=33) [41](#page=41) [45](#page=45):
* **Enkelzijdige gelijkrichter:** Converteert wisselspanning naar pulserende gelijkspanning [33](#page=33) [41](#page=41) [42](#page=42).
* **Enkelzijdige gelijkrichter met afvlakking:** Gebruikt een condensator om de pulserende gelijkspanning gladder te maken [33](#page=33) [41](#page=41) [42](#page=42).
* **Dubbelzijdige gelijkrichter:** Converteert beide helften van de wisselspanning naar positieve pulsen [33](#page=33) [41](#page=41).
* **Bruggelijkrichter met afvlakking:** Een configuratie van vier diodes die AC omzet naar een stabielere gelijkspanning [33](#page=33) [41](#page=41) [42](#page=42).
#### 3.3.2 LED (Light Emitting Diode)
Een LED is een type diode dat licht uitzendt wanneer er stroom in doorlaatrichting doorheen loopt. De kleur van het licht hangt af van het gebruikte halfgeleidermateriaal [33](#page=33) [37](#page=37) [42](#page=42).
> **Tip:** Bij het aansluiten van een LED is een voorschakelweerstand cruciaal om de stroom te beperken en doorbranden te voorkomen [33](#page=33) [37](#page=37).
##### Oefening met LED
Bereken de voedingsspanning voor een blauwe LED met een drempelspanning van 3,3V en een gewenste stroom van 25 mA, met een voorschakelweerstand van 1 k$\Omega$ [33](#page=33) [37](#page=37) [42](#page=42).
* Spanning over de weerstand ($V_R$): $I \times R = 0,025 A \times 1000 \Omega = 2,5V$ [37](#page=37) [42](#page=42).
* Voedingsspanning ($V_{voeding}$): $V_{LED\_drempel} + V_R = 3,3V + 2,5V = 5,8V$ [37](#page=37) [42](#page=42).
* Kleurcode van de 1 k$\Omega$ weerstand (met 5% tolerantie): Bruin Zwart Rood (x100), Goud ($\pm$5%) [1](#page=1) [34](#page=34) [37](#page=37).
#### 3.3.3 Transistor
Een transistor is een halfgeleidercomponent die gebruikt wordt om elektronische signalen te versterken of te schakelen. Het heeft meestal drie aansluitingen: basis (B), collector (C) en emitter (E). De werking kan worden begrepen als twee diodes die rug-aan-rug zijn geschakeld [34](#page=34) [37](#page=37) [43](#page=43) [46](#page=46).
* **Bipolaire Junction Transistor (BJT):** Bestaat uit twee PN-overgangen. Er zijn NPN en PNP types [46](#page=46).
* **NPN:** P-laag tussen twee N-lagen. Gestuurd door positieve spanning/stroom op de basis t.o.v. de emitter [46](#page=46).
* **PNP:** N-laag tussen twee P-lagen. Gestuurd door negatieve spanning/stroom op de basis t.o.v. de emitter [46](#page=46).
* De relatie tussen collectorstroom ($I_C$) en basisstroom ($I_B$) wordt bepaald door de versterkingsfactor ($\beta$ of $h_{FE}$): $I_C = \beta \times I_B$ [47](#page=47).
* De totale emitterstroom ($I_E$) is de som van de collector- en basisstromen: $I_E = I_C + I_B$ [47](#page=47).
* Voor siliciumtransistors wordt vaak aangenomen dat de basis-emitterspanning ($U_{BE}$) ongeveer 0,7V is in de actieve regio [47](#page=47).
* **Veldeffecttransistor (FET):** Gebruikt een elektrisch veld om de geleidbaarheid van een kanaal te regelen. Types zijn JFETs en MOSFETs. MOSFETs zijn wijdverbreid; aansluitingen zijn Gate (G), Drain (D) en Source (S) [47](#page=47).
##### Oefeningen met transistors
Er zijn diverse oefeningen gegeven met transistors, waarbij verschillende parameters zoals weerstanden, spanningen, stromen en versterkingsfactoren worden berekend. Deze oefeningen illustreren de berekening van basisstromen, collectorstromen, emitterstromen en spanningen op diverse knooppunten, afhankelijk van de configuratie (bijvoorbeeld spanningsdeler, emittervolger). Het is cruciaal om eerst de werkingsmodus van de transistor (onderbroken, verzadigd, actief) te bepalen [34](#page=34) [38](#page=38) [42](#page=42) [43](#page=43) [47](#page=47).
### 3.4 Overige sensoren en componenten
Naast de fundamentele componenten worden ook andere relevante componenten kort besproken [35](#page=35) [44](#page=44):
* **IR Sensor:** Detecteert infraroodstraling [35](#page=35).
* **PIR Sensor:** Passieve infraroodsensor, gebruikt voor bewegingsdetectie [35](#page=35).
* **Ultrasoon:** Componenten die ultrasone geluidsgolven gebruiken voor detectie of meting (bv. afstandssensoren) [35](#page=35).
* **Digitale temperatuursensor:** Meet temperatuur en geeft deze digitaal door [35](#page=35).
* **ADC (Analog-to-Digital Converter):** Converteert analoge signalen naar digitale waarden [35](#page=35) [44](#page=44).
* **DAC (Digital-to-Analog Converter):** Converteert digitale waarden naar analoge signalen [35](#page=35) [44](#page=44).
* **Stepper Motor:** Een elektromotor die in discrete stappen roteert, nauwkeurig controleerbaar voor positionering [35](#page=35) [44](#page=44).
---
# Dataflow en protocollen in embedded systemen
Dit onderwerp behandelt de kernconcepten van dataflow binnen embedded systemen, inclusief API's, JSON en verschillende technologieën voor data-uitwisseling, evenals protocollen zoals seriële (UART, I²C, SPI, CAN) en parallelle protocollen, en de techniek van Pulsbreedtemodulatie (PWM).
### 4.1 Dataflow in embedded systemen
Dataflow in embedded systemen verwijst naar de manier waarop data wordt verplaatst, verwerkt en uitgewisseld tussen verschillende componenten, sensoren, actuatoren en externe systemen. Een efficiënte dataflow is cruciaal voor de functionaliteit en prestaties van embedded systemen [50](#page=50).
#### 4.1.1 Basiscomponenten van dataflow
##### 4.1.1.1 API (Application Programming Interface)
Een API is een set regels en protocollen die definieert hoe verschillende softwarecomponenten met elkaar kunnen communiceren. In de context van dataflow in embedded systemen maakt een API het mogelijk voor een embedded device om data op te vragen van een externe dienst of om data naar een externe dienst te sturen [50](#page=50).
> **Voorbeeld:** Een embedded systeem dat temperatuurgegevens verzamelt, kan een API gebruiken om deze gegevens naar een cloudplatform te sturen voor analyse en visualisatie. Een voorbeeld URL voor data-uitwisseling via een webgebaseerde API is `https://catfact.ninja/fact` [50](#page=50).
##### 4.1.1.2 JSON (JavaScript Object Notation)
JSON is een lichtgewicht data-uitwisselingsformaat dat gemakkelijk te lezen en te schrijven is voor mensen, en gemakkelijk te parsen en te genereren voor machines. Het wordt veel gebruikt voor het verzenden van data tussen een server en een webapplicatie, maar ook in embedded systemen voor communicatie. JSON gebruikt een structuur van sleutel-waardeparen [50](#page=50).
> **Voorbeeld:**
> ```json
> {
> "temperatuur": 25.5,
> "eenheid": "Celsius",
> "tijdstempel": "2023-10-27T10:00:00Z"
> }
> ```
> [50](#page=50).
##### 4.1.1.3 MQTT (Message Queuing Telemetry Transport)
MQTT is een lichtgewicht berichtenprotokol dat is ontworpen voor apparaten met beperkte bronnen en onbetrouwbare netwerken. Het is zeer geschikt voor machine-to-machine (M2M) en Internet of Things (IoT) communicatie. MQTT werkt op basis van een publish/subscribe model [51](#page=51).
##### 4.1.1.4 Node-RED
Node-RED is een op flow-based programmering gebaseerde tool die is ontworpen om eenvoudig verschillende hardwareapparaten, API's en online services met elkaar te verbinden. Het biedt een browsergebaseerde editor waarmee je visueel flows kunt bouwen door nodes te verbinden [51](#page=51).
##### 4.1.1.5 Node.js
Node.js is een JavaScript runtime-omgeving die het mogelijk maakt om JavaScript-code buiten de browser uit te voeren. Het is populair voor het bouwen van schaalbare netwerkapplicaties, inclusief server-side logica voor dataflow en API-integratie [51](#page=51).
#### 4.1.2 Technologieën voor data-uitwisseling en visualisatie
Verschillende technologieën kunnen worden ingezet voor het verzamelen, opslaan en visualiseren van data die via dataflow in embedded systemen wordt verkregen [51](#page=51).
* **Grafana & Prometheus:** Grafana is een open-source analyse- en visualisatieplatform. Prometheus is een open-source monitoring- en alertingtool die vaak samen met Grafana wordt gebruikt. Prometheus verzamelt metrische gegevens, en Grafana visualiseert deze in dashboards [51](#page=51) [53](#page=53).
* **InfluxDB:** Dit is een open-source time-series database, geoptimaliseerd voor het opslaan en opvragen van tijdgebonden data [51](#page=51) [54](#page=54).
* **Adafruit IO / Arduino Cloud:** Dit zijn cloudplatforms ontworpen voor het verbinden van hardware met het internet, die API's voor data-uitwisseling en dashboards voor visualisatie bieden [51](#page=51) [54](#page=54).
* **Thingspeak:** Een IoT-analyseplatform voor het verzamelen, visualiseren en analyseren van data van IoT-apparaten, met integratie voor Matlab [51](#page=51) [54](#page=54).
* **Thingsboard:** Een geavanceerd open-source IoT platform voor dataverzameling, -verwerking, -visualisatie en -beheer van IoT-apparaten, met uitgebreide API-functionaliteit [51](#page=51) [54](#page=54).
#### 4.1.3 Besluitvorming en overwegingen bij dataflow architectuur
Bij het ontwerpen van een dataflow-architectuur voor embedded systemen is het belangrijk om verschillende factoren in overweging te nemen. Een goed plan van eisen is essentieel [52](#page=52) [55](#page=55) [56](#page=56).
Belangrijke overwegingen zijn:
* **Beveiliging:** Hoe wordt de data beschermd tegen ongeautoriseerde toegang, manipulatie en verlies [52](#page=52) [57](#page=57)?
* **API-integratie:** Welke API's zijn nodig en hoe worden deze geïmplementeerd [52](#page=52) [55](#page=55)?
* **Visualisatie:** Welke informatie moet worden getoond en aan wie [52](#page=52) [57](#page=57)?
* **Datahoeveelheid (Datavolume):** Hoeveel data wordt er gegenereerd en hoe wordt deze efficiënt verwerkt? Dit heeft een significante impact op de keuze van technologieën en schaalbaarheid [52](#page=52) [57](#page=57).
* **Tijdsensitiviteit:** Hoe belangrijk is de real-time verwerking van data? Tijdsgevoelige data vereist minimale vertraging [52](#page=52) [57](#page=57).
* **Plan van eisen:** Dit document specificeert de functionele en niet-functionele vereisten, zoals doel, data bronnen/bestemmingen, prestaties, schaalbaarheid, beveiliging, visualisatie, en budgettaire/resourcebeperkingen [57](#page=57) [58](#page=58).
> **Tip:** Het kiezen van de juiste combinatie van technologieën hangt sterk af van de specifieke toepassing en de vereisten van het embedded systeem. Zonder een helder plan van eisen is het ontwerpen van een effectieve dataflow architectuur een gok [51](#page=51) [58](#page=58).
> **Voorbeeld:** Voor een systeem dat temperatuurdata van sensoren verzamelt en visualiseert, kan het plan van eisen specificeren dat de data elke minuut moet worden bijgewerkt (tijdsgevoeligheid), dat de data versleuteld moet worden verzonden (beveiliging), en dat de data in een Grafana dashboard getoond moet worden (visualisatie) [58](#page=58).
### 4.2 Protocollen in embedded systemen
Protocollen zijn fundamentele regels en afspraken die worden gebruikt om de communicatie tussen verschillende componenten, apparaten of systemen te standaardiseren. Ze zijn essentieel voor betrouwbare en efficiënte gegevensoverdracht [61](#page=61).
#### 4.2.1 Classificatie van protocollen
Protocollen kunnen op verschillende manieren worden geclassificeerd [61](#page=61).
* **Serieel versus parallelle protocollen:**
* **Seriële protocollen:** Data wordt bit voor bit over één datalijn verzonden, wat minder draden vereist. Voorbeelden: UART, I²C, SPI [61](#page=61).
* **Parallelle protocollen:** Data wordt tegelijkertijd over meerdere datalijnen verzonden, wat hogere datasnelheden mogelijk maakt maar meer draden en gevoeliger is voor timingproblemen [61](#page=61).
* **Synchrone versus asynchrone protocollen:**
* **Synchrone protocollen:** Gebruiken een gemeenschappelijk kloksignaal voor precieze timing en hoge datasnelheden. Voorbeelden: SPI, I²C (deels) [61](#page=61).
* **Asynchrone protocollen:** Hebben geen gedeelde klok. Data wordt in pakketten met start- en stopbits verzonden. Voorbeeld: UART [61](#page=61).
* **Simplex versus duplex protocollen:**
* **Simplex:** Communicatie in slechts één richting [62](#page=62).
* **Half-duplex:** Communicatie in beide richtingen, maar niet tegelijkertijd [62](#page=62).
* **Full-duplex:** Communicatie in beide richtingen tegelijkertijd [62](#page=62).
* **Bus versus no-bus protocollen:**
* **Bus protocollen:** Meerdere apparaten delen dezelfde communicatiebus. Voorbeelden: I²C, CAN [62](#page=62).
* **No-bus protocollen:** Communicatie vindt punt-tot-punt plaats [62](#page=62).
#### 4.2.2 Veelvoorkomende protocollen in embedded systemen
##### 4.2.2.1 UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter)
UART is een veelgebruikt asynchroon serieel communicatieprotocol. Het verzendt data bit voor bit, met start-, data-, optionele pariteits- en stopbits. Er is geen externe klok nodig. Bekende standaarden zijn RS-232 en RS-485 [62](#page=62) [64](#page=64).
> **Tip:** Asynchrone protocollen zoals UART vereisen dat de zender en ontvanger vooraf zijn ingesteld op dezelfde baudrate [64](#page=64).
##### 4.2.2.2 I²C (Inter Integrated Circuit)
I²C is een synchroon, multi-master, multi-slave serieel communicatieprotocol voor communicatie op printplaten of over korte afstanden. Het vereist slechts twee lijnen: SDA (Serial Data) en SCL (Serial Clock). Apparaten worden geïdentificeerd door een uniek adres [62](#page=62).
##### 4.2.2.3 SPI (Serial Peripheral Interface)
SPI is een synchroon, full-duplex, serieel communicatieprotocol, ontworpen voor korteafstandscommunicatie tussen microcontrollers en randapparatuur. Het maakt gebruik van vier lijnen: MOSI, MISO, SCLK en SS. De master genereert de klok en regelt de communicatie [63](#page=63) [64](#page=64).
> **Tip:** SPI is een synchroon protocol waarbij de kloklijn (SCK) de timing bepaalt, wat het over het algemeen sneller maakt dan asynchrone protocollen zoals UART [65](#page=65).
##### 4.2.2.4 CAN (Controller Area Network)
CAN is een robuust serieel communicatieprotocol, oorspronkelijk ontworpen voor automotive toepassingen, maar ook veel gebruikt in industriële automatisering. Het is een multi-master busprotocol dat bekend staat om zijn fouttolerantie en efficiënte berichtprioritering. Het is ontworpen voor omgevingen met veel elektromagnetische storingen [63](#page=63) [65](#page=65).
#### 4.2.3 Pulsbreedtemodulatie (PWM)
PWM is geen communicatieprotocol in de strikte zin, maar een techniek om met een digitaal signaal analoge waarden te simuleren. Het wordt veel gebruikt voor het aansturen van actuatoren zoals motoren en servos, en voor het regelen van de helderheid van displays [63](#page=63) [65](#page=65).
##### 4.2.3.1 Basisprincipes van PWM
PWM is een digitale techniek om een analoog resultaat te verkrijgen door een signaal snel in- en uit te schakelen. De **duty cycle** (verhouding tussen aan-tijd en totale periode) bepaalt de gemiddelde waarde [68](#page=68).
* **Periode ($T$):** De totale duur van één cyclus [68](#page=68).
* **Pulsbreedte ($t_{on}$):** De duur dat het signaal hoog is binnen één periode [68](#page=68).
* **Duty Cycle ($D$):** De verhouding tussen de pulsbreedte en de periode: $D = \frac{t_{on}}{T}$ [68](#page=68).
De gemiddelde spanning ($V_{avg}$) die aan een belasting wordt geleverd, is direct evenredig met de duty cycle en de maximale spanning ($V_{max}$): $V_{avg} = D \times V_{max}$ [68](#page=68).
##### 4.2.3.2 Genereren van een PWM-signaal
PWM-signalen worden doorgaans gegenereerd met microcontrollers of speciale PWM-controllers door timers en vergelijkingsregisters te gebruiken [68](#page=68).
> **Tip:** De **frequentie** van het PWM-signaal ($f = 1/T$) is belangrijk voor vloeiende controle, maar hogere frequenties kunnen leiden tot hogere schakelverliezen [69](#page=69).
##### 4.2.3.3 Toepassingen van PWM
* **Regeling van motoren:** Snelheidsregeling van DC-motoren door de gemiddelde spanning aan te passen via de duty cycle [69](#page=69).
> **Example:** Bij een duty cycle van 50% ontvangt de motor gemiddeld de helft van de voedingsspanning, waardoor hij op ongeveer de helft van zijn maximale snelheid draait [69](#page=69).
* **Dimmen van LED's:** Regelen van helderheid door de tijd dat de LED brandt te variëren [69](#page=69).
* **Stroomvoorziening en energieconversie:** Efficiënte regeling van uitgangsspanning in bijvoorbeeld DC-DC converters [69](#page=69).
* **Servo-aansturing (specifiek de SG90 servo):** Servo-motoren gebruiken PWM om hun positie te bepalen. Hier is het niet de duty cycle zelf die de controleert, maar de **absolute pulsbreedte** binnen een vaste periode [69](#page=69) [70](#page=70).
* Een typische SG90 servo werkt met een periodetijd ($T$) van ongeveer 20 ms, wat overeenkomt met een frequentie van 50 Hz [70](#page=70).
* De neutrale positie (90 graden) wordt bereikt met een pulsbreedte ($t_{on}$) van ongeveer 1.5 ms [70](#page=70).
* De minimale hoek (0 graden) wordt bereikt met een pulsbreedte van ongeveer 1 ms [70](#page=70).
* De maximale hoek (180 graden) wordt bereikt met een pulsbreedte van ongeveer 2 ms [70](#page=70).
> **Example:** Om een SG90 servo naar 45 graden te sturen, zou een pulsbreedte nodig zijn die tussen 1 ms en 1.5 ms ligt, afhankelijk van de specifieke servo en kalibratie. Een pulsbreedte van 1.25 ms zou de servo naar een positie tussen 0 en 90 graden sturen [70](#page=70).
> **Tip:** Het nauwkeurig genereren van deze specifieke pulsbreedtes is cruciaal voor correcte servo-aansturing [70](#page=70).
### 4.3 Controller Area Network (CAN) protocol
CAN is een berichtgebaseerd, robuust serieel communicatieprotocol, ontworpen om elektronische besturingseenheden (ECU's) met elkaar te verbinden zonder een host-computer [65](#page=65) [66](#page=66).
#### 4.3.1 Kernconcepten van CAN
* **Berichtgebaseerd:** Data wordt gerouteerd op basis van de inhoud (de Identifier) van het bericht, niet de locatie van de ontvanger [66](#page=66).
* **Multi-master:** Elke node op het netwerk kan zelfstandig berichten verzenden zodra de bus vrij is [65](#page=65) [66](#page=66).
* **Busstructuur:** Gebruikt een differentiële busstructuur (CAN High, CAN Low) voor ruisonderdrukking en lange communicatieafstanden [66](#page=66).
* **Prioriteit en arbitratie:** Heeft een mechanisme voor conflictbeslechting (arbitratie) gebaseerd op de prioriteit van de berichten (lagere ID = hogere prioriteit) [66](#page=66).
* **Robuustheid:** Ontworpen voor omgevingen met veel elektromagnetische storingen [65](#page=65) [66](#page=66).
#### 4.3.2 CAN-berichtenstructuur
Een CAN-bericht bestaat uit diverse velden, waaronder: Start of Frame (SOF), Arbitration Field (met Identifier - ID), Control Field (DLC), Data Field, CRC Field (foutdetectie), ACK Field (acknowledgement) en End of Frame (EOF) [66](#page=66).
#### 4.3.3 Arbitratieproces
Het arbitratieproces vindt plaats op basis van het Arbitration Field (ID) wanneer meerdere nodes tegelijkertijd willen zenden. Dit is een Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection and Arbitration (CSMA/CD+A) proces. Nodes met een lagere Identifier winnen de arbitratie [66](#page=66) [67](#page=67).
> **Tip:** Het arbitratieproces is een sleutelkenmerk van CAN dat zorgt voor efficiënte en betrouwbare datacommunicatie, zelfs onder zware belasting [67](#page=67).
#### 4.3.4 Foutdetectie en -afhandeling
CAN is ontworpen om fouten vroegtijdig te detecteren en te rapporteren met mechanismen zoals CRC, Bit Monitoring, en een Acknowledge Slot. Bij detectie van een fout wordt een 'Error Frame' verzonden [67](#page=67).
#### 4.3.5 CAN-standaarden en varianten
* Standard CAN (CAN 2.0A): 11-bit identifiers [67](#page=67).
* Extended CAN (CAN 2.0B): 29-bit identifiers [67](#page=67).
* CAN FD (Flexible Data-Rate): Hogere datasnelheden en grotere databulks [67](#page=67).
#### 4.3.6 Toepassingen van CAN
Automotive, Industriële Automatisering, Medische Apparatuur, Ruimtevaart [68](#page=68).
#### 4.3.7 Vergelijking met andere protocollen
CAN onderscheidt zich van SPI en I²C door zijn broadcast-architectuur, robuuste foutafhandeling en gedistribueerde arbitratie, wat het zeer geschikt maakt voor systemen waar betrouwbaarheid essentieel is. SPI is doorgaans sneller voor punt-naar-punt, terwijl I²C geschikt is voor kortafstand, laag-snelheid communicatie [68](#page=68).
---
# Microcontrollers, microprocessors en aanverwante concepten
Dit gedeelte introduceert en vergelijkt verschillende soorten embedded devices, met een focus op microcontrollers en microprocessors, en hun respectievelijke functies, besturingssystemen, en aanverwante concepten zoals GPIO-pinnen, logic levels, spanningsniveaus en de rol van pull-up/pull-down weerstanden.
## 5. Microcontrollers, microprocessors en aanverwante concepten
### 5.1 Inleiding tot embedded devices
Embedded devices zijn computersystemen die zijn ontworpen voor specifieke taken binnen een groter mechanisch of elektronisch systeem. Binnen deze categorie onderscheiden we hoofdzakelijk microcontrollers en microprocessors, die verschillende mogelijkheden en toepassingen bieden [72](#page=72).
### 5.2 Microcontrollers
Een microcontroller is een compacte computer op een enkele chip die is ontworpen om specifieke, beperkte taken uit te voeren [72](#page=72).
#### 5.2.1 Functies en programmering
Microcontrollers hebben doorgaans een beperkt aantal functies en worden vaak aangestuurd via firmware, wat betekent dat de software direct in de hardware is ingebouwd en niet zomaar gewijzigd kan worden. Ze worden doorgaans geprogrammeerd in lagere-niveau talen zoals C/C++ [72](#page=72).
#### 5.2.2 Voorbeelden van microcontrollers
* **Arduino:** Een populaire microcontroller-familie die vaak wordt gebruikt door hobbyisten en in educatieve projecten. De programmering gebeurt meestal via de Arduino IDE [72](#page=72).
* **Micro:Bit:** Een kleine, programmeerbare microcontroller speciaal ontworpen voor educatieve doeleinden. Het kan worden geprogrammeerd met behulp van een webgebaseerde editor in talen zoals MicroPython, JavaScript en Python [72](#page=72).
* **Raspberry Pi Pico (WH):** Deze microcontroller is gebaseerd op de RP2040 chip en biedt een krachtig platform voor diverse projecten [72](#page=72).
### 5.3 Microprocessors
Een microprocessor is het centrale verwerkingsonderdeel van een computer, ontworpen om een breed scala aan taken uit te voeren en te functioneren als de 'hersenen' van een systeem [72](#page=72).
#### 5.3.1 Functies en besturingssystemen
In tegenstelling tot microcontrollers, die beperkt zijn in hun functionaliteit, kunnen microprocessors vrijwel alle functies van een computer uitvoeren. Ze zijn flexibeler en kunnen complexere berekeningen en operaties verwerken. Architecturen zoals RISC (Reduced Instruction Set Computing), CISC (Complex Instruction Set Computing) en ARM zijn typische microprocessor-architecturen. Microprocessors draaien doorgaans een volledig besturingssysteem (Full OS), zoals Linux, waardoor ze zeer veelzijdig zijn [73](#page=73).
#### 5.3.2 Voorbeelden van microprocessors
* **Raspberry Pi:** Een populaire reeks single-board computers die gebruikmaken van microprocessors. Ze zijn ontworpen om te draaien met een volledig besturingssysteem en worden vaak geprogrammeerd in talen zoals Python [73](#page=73).
### 5.4 Vergelijking: Microcontrollers vs. Microprocessors
| Kenmerk | Microcontroller | Microprocessor |
| :----------------- | :---------------------------------------------- | :------------------------------------------------- |
| Functie | Specifieke, beperkte taken | Breed scala aan taken, algemene berekeningen |
| Complexiteit | Eenvoudiger, minder componenten | Complexer, meer componenten |
| Besturingssysteem | Geen of eenvoudig RTOS (Real-Time Operating System) | Volledig besturingssysteem (bv. Linux) |
| Programmering | Firmware, C/C++, directe hardware-interactie | Hogere-niveau talen, applicatieontwikkeling |
| Krachtverbruik | Over het algemeen lager | Over het algemeen hoger |
| Kosten | Over het algemeen lager | Over het algemeen hoger |
| Voorbeelden | Arduino, Micro:Bit, Raspberry Pi Pico | Raspberry Pi |
### 5.5 Voeding en stroomvoorziening
De stroomvoorziening voor embedded devices varieert, maar algemene methoden omvatten adapters, USB en batterijen [74](#page=74) [76](#page=76).
#### 5.5.1 Adapter en USB voor grotere borden
Raspberry Pi en Arduino (grote borden) worden doorgaans gevoed via een adapter. USB is ook een veelgebruikte methode voor energievoorziening, vooral voor apparaten die ook data-uitwisseling via USB ondersteunen [74](#page=74) [76](#page=76).
#### 5.5.2 USB voor kleinere borden en microcontrollers
Arduino (kleine bordjes), Micro:Bit en Raspberry Pi Pico kunnen via USB (5V) worden gevoed. Dit garandeert een gestandaardiseerde en eenvoudige manier van aansluiten, vaak met een voedingsspanning van 5V [74](#page=74) [76](#page=76).
#### 5.5.3 Batterijvoeding
Alle apparaten kunnen op de een of andere manier worden gevoed met een batterij. Dit is met name nuttig voor draagbare of autonome embedded systemen [74](#page=74) [76](#page=76).
> **Tip:** Bij het gebruik van batterijen is het cruciaal om op de juiste voedingsspanning te letten om schade aan het apparaat te voorkomen. Controleer altijd de specificaties van je embedded device om de correcte voedingsspanning voor batterijvoeding te bepalen [74](#page=74) [76](#page=76).
### 5.6 GPIO (General Purpose Input/Output) Pins
GPIO-pinnen zijn essentiële connectoren op deze boards waarmee de microcontroller of microprocessor kan interageren met de buitenwereld. Ze kunnen worden geconfigureerd als input of output om signalen te lezen of te sturen [76](#page=76) [78](#page=78).
* **Micro:Bit:** Heeft specifieke GPIO-pinnen die gedetailleerd worden beschreven op de micro:bit hardware-pagina's [76](#page=76).
* **Raspberry Pi:** Maakt gebruik van een standaard GPIO-header voor verbindingen [76](#page=76).
* **Arduino:** Biedt een reeks digitale en analoge GPIO-pinnen [76](#page=76).
GPIO-pinnen zijn de multifunctionele connectoren op microcontrollers die gebruikt kunnen worden om signalen te verzenden of te ontvangen. Ze bieden een directe interface tussen de microcontroller en de buitenwereld, waardoor de microcontroller kan interageren met sensoren, actuatoren en andere elektronische componenten [78](#page=78).
### 5.7 Logic Levels: TTL vs. CMOS en Spanningsniveaus
Het begrijpen van logic levels is cruciaal bij het verbinden van verschillende elektronische componenten. Logische niveaus definiëren de spanningsbereiken die corresponderen met de digitale waarden 'hoog' (logische 1) en 'laag' (logische 0). Twee veelvoorkomende standaarden zijn TTL en CMOS [74](#page=74) [79](#page=79).
#### 5.7.1 TTL (Transistor-Transistor Logic)
TTL-logica werkt traditioneel met een voedingsspanning van 5V [74](#page=74) [79](#page=79).
* **Logische 'laag':** Een spanning tussen 0V en ongeveer 0,8V [74](#page=74) [79](#page=79).
* **Logische 'hoog':** Een spanning tussen ongeveer 2,0V en 5V [74](#page=74) [79](#page=79).
TTL-circuits hebben doorgaans een hogere stroomconsumptie in vergelijking met CMOS [79](#page=79).
#### 5.7.2 CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)
CMOS-technologie is energiezuiniger dan TTL en wordt tegenwoordig veel vaker gebruikt. CMOS-logica kan werken met verschillende voedingsspanningen, waaronder 3.3V of 5V. De specifieke spanningsbereiken variëren, maar over het algemeen geldt [74](#page=74) [79](#page=79):
* **5V CMOS:**
* Logische 'hoog': typisch > 3.5V [74](#page=74).
* Logische 'laag': typisch < 1.5V [74](#page=74).
* **3.3V CMOS:**
* Logische 'hoog': typisch > 2.0V [74](#page=74).
* Logische 'laag': typisch < 1.0V [74](#page=74).
Laag (logische 0): Een spanning dicht bij 0V [79](#page=79).
Hoog (logische 1): Een spanning dicht bij de voedingsspanning [79](#page=79).
> **Tip:** Het is belangrijk om de logic levels van de te verbinden apparaten te controleren om compatibiliteit te waarborgen. Een verkeerde spanning kan leiden tot onbetrouwbare metingen of zelfs schade aan de componenten [74](#page=74).
#### 5.7.3 Verschillen tussen 5V en 3.3V systemen
Het belangrijkste verschil tussen 5V en 3.3V systemen is de maximale spanningsniveau die wordt gebruikt voor logische 'hoog' [79](#page=79).
* **5V systemen:** Gebruiken een logische 'hoog' tot 5V. Dit biedt een grotere ruimmarge en kan beter compatibel zijn met oudere componenten. Echter, ze verbruiken over het algemeen meer stroom [79](#page=79).
* **3.3V systemen:** Gebruiken een logische 'hoog' tot 3.3V. Deze systemen zijn energiezuiniger en worden steeds vaker toegepast, met name in mobiele en batterijgevoede apparaten [79](#page=79).
Het mengen van componenten die ontworpen zijn voor verschillende logische spanningsniveaus kan leiden tot problemen. Een 5V-uitgang die een 3.3V-ingang aanstuurt, kan de 3.3V-component beschadigen als de 5V te hoog is voor de specifieke component. Omgekeerd kan een 3.3V-uitgang mogelijk niet hoog genoeg zijn om een 5V-ingang correct als 'hoog' te detecteren [79](#page=79).
> **Tip:** Raadpleeg altijd de datasheets van de componenten om de exacte spanningsvereisten en toleranties te kennen wanneer je systemen met verschillende logische niveaus combineert [80](#page=80).
### 5.8 Logic Level Shifting
Wanneer apparaten met verschillende logic levels met elkaar worden verbonden, is een logic level shifter nodig. Dit proces zorgt ervoor dat de signalen van het ene niveau worden omgezet naar het niveau dat compatibel is met het andere apparaat [75](#page=75) [80](#page=80).
#### 5.8.1 5V naar 3.3V niveauverschuiving
Om een signaal van een 5V-systeem naar een 3.3V-systeem te sturen, moet de 5V-spanning worden "verlaagd" naar een niveau dat de 3.3V-ingang correct als hoog herkent. Dit kan worden bereikt met [80](#page=80):
* **Weerstandsdelers:** Twee weerstanden kunnen een spanningsdeler vormen om de spanning te reduceren. De verhouding van de weerstanden bepaalt de uitgangsspanning. De formule voor de uitgangsspanning ($V_{uit}$) van een spanningsdeler is [80](#page=80):
$$V_{uit} = V_{in} \times \frac{R_2}{R_1 + R_2}$$
Waarbij $V_{in}$ de ingangsspanning is, $R_1$ de weerstand tussen de uitgang en de massa is, en $R_2$ de weerstand tussen de ingang en de uitgang is [80](#page=80).
* **Logische niveauverschuiver IC's:** Gespecialiseerde geïntegreerde schakelingen bieden een robuuste en betrouwbare oplossing voor niveauverschuiving [80](#page=80).
#### 5.8.2 3.3V naar 5V niveauverschuiving
Om een signaal van een 3.3V-systeem naar een 5V-systeem te sturen, moet de 3.3V-spanning worden "verhoogd" naar een niveau dat de 5V-ingang correct als hoog herkent. Dit is vaak iets complexer omdat een 3.3V-signaal mogelijk niet hoog genoeg is om een 5V-ingang te triggeren. Methoden omvatten [80](#page=80):
* **Transistor-gebaseerde schakelingen:** Een NPN of N-kanaal MOSFET transistor kan worden gebruikt met een pull-up weerstand naar de 5V-voeding [80](#page=80).
* **Specifieke niveauverschuiver IC's:** Er zijn IC's die speciaal ontworpen zijn voor 3.3V naar 5V conversie [80](#page=80).
> **Example:** Stel dat je een Micro:Bit (3.3V) een relais wilt laten aansturen dat een 5V-signaal verwacht. Je kunt dan een 3.3V naar 5V niveauverschuiver gebruiken om ervoor te zorgen dat de Micro:Bit het relais correct kan activeren [80](#page=80).
### 5.9 Actief Hoog / Laag en Pull-up / Pull-down Weerstanden
De manier waarop digitale ingangen worden geïnterpreteerd en hoe zwevende ingangen worden voorkomen, wordt bepaald door de concepten van actief hoog/laag en de toepassing van pull-up en pull-down weerstanden [77](#page=77) [78](#page=78).
#### 5.9.1 Actief Hoog en Actief Laag
Een digitaal signaal kan op twee manieren 'actief' zijn [75](#page=75) [81](#page=81):
* **Actief hoog:** Het signaal wordt als 'actief' of 'waar' beschouwd wanneer de spanning logisch hoog is (bijvoorbeeld 5V of 3.3V) [75](#page=75) [81](#page=81).
* **Actief laag:** Het signaal wordt als 'actief' of 'waar' beschouwd wanneer de spanning logisch laag is (bijvoorbeeld 0V) [75](#page=75) [81](#page=81).
Dit concept is belangrijk bij het ontwerpen van circuits en het interpreteren van datasheets, vooral bij besturing van actuatoren zoals relais of LED's [81](#page=81).
> **Example:** Een LED die 'actief hoog' is, zal aangaan wanneer er een hoge spanning op wordt gezet. Een knop die 'actief laag' is, kan een microcontroller activeren wanneer de knop wordt ingedrukt en de pin naar massa wordt getrokken [81](#page=81).
#### 5.9.2 Pull-up en Pull-down Weerstanden
GPIO-pinnen hebben de neiging om 'zwevend' te zijn wanneer ze niet actief worden aangestuurd of wanneer ze niet zijn aangesloten op een signaalbron. Dit betekent dat de spanningswaarde van de pin ongedefinieerd is, wat kan leiden tot onvoorspelbaar gedrag. Pull-up en pull-down weerstanden worden gebruikt om dit probleem op te lossen [75](#page=75) [77](#page=77) [81](#page=81).
##### 5.9.2.1 Pull-up weerstanden
Een pull-up weerstand verbindt de GPIO-pin via een weerstand met de positieve voedingsspanning (Vcc) [75](#page=75) [81](#page=81).
* Wanneer de pin niet wordt aangestuurd, wordt de pin door de pull-up weerstand naar de hoge logische staat getrokken [81](#page=81).
* Wanneer een extern apparaat (zoals een knop) de pin naar massa (ground) trekt, wordt de pin laag, wat de actieve status kan aangeven. Dit wordt vaak gebruikt bij 'actief lage' schakelingen [81](#page=81).
De weerstandswaarde moet groot genoeg zijn om de stroom die door de pin wordt opgenomen te minimaliseren, maar klein genoeg om de pin effectief naar de hoge spanning te trekken. Typische waarden liggen tussen 1 k$\Omega$ en 100 k$\Omega$. Bij een 3.3V systeem met een maximale stroom van 20 $\mu$A kan een weerstand van bijvoorbeeld 100 k$\Omega$ worden gebruikt [81](#page=81):
$$R_{pull-up} = \frac{V_{cc}}{I_{max}} = \frac{3.3V}{20\mu A} = 165k\Omega$$
Een standaardwaarde van 100 k$\Omega$ is dan ruim voldoende [81](#page=81).
##### 5.9.2.2 Pull-down weerstanden
Een pull-down weerstand verbindt de GPIO-pin via een weerstand met de massa (ground) [75](#page=75) [81](#page=81).
* Wanneer de pin niet wordt aangestuurd, wordt de pin door de pull-down weerstand naar de lage logische staat getrokken [81](#page=81).
* Wanneer een extern apparaat de pin naar de positieve voedingsspanning trekt, wordt de pin hoog, wat de actieve status kan aangeven. Dit wordt vaak gebruikt bij 'actief hoge' schakelingen [81](#page=81).
Net als bij pull-up weerstanden, is de weerstandswaarde cruciaal. Voor een 3.3V systeem en een maximale stroom van 20 $\mu$A:
$$R_{pull-down} = \frac{V_{cc}}{I_{max}} = \frac{3.3V}{20\mu A} = 165k\Omega$$
Ook hier is een standaardwaarde van 100 k$\Omega$ geschikt [82](#page=82).
##### 5.9.2.3 Interne pull-up/pull-down weerstanden
Veel microcontrollers, waaronder die op de Micro:Bit, hebben ingebouwde (interne) pull-up en pull-down weerstanden die via software geconfigureerd kunnen worden. Dit elimineert de noodzaak voor externe componenten en vereenvoudigt het circuitontwerp [82](#page=82).
> **Tip:** Gebruik interne pull-up/pull-down weerstanden waar mogelijk om componenten en bedrading te besparen. Controleer de microcontroller datasheet om te zien of deze functionaliteit beschikbaar is en hoe deze te configureren is [82](#page=82).
---
## Veelgemaakte fouten om te vermijden
- Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens
- Let op formules en belangrijke definities
- Oefen met de voorbeelden in elke sectie
- Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen
Glossary
| Term | Definition |
|------|------------|
| Atoom | De kleinste eenheid van een chemisch element die nog de eigenschappen van dat element bezit, bestaande uit een kern (protonen en neutronen) en elektronen. |
| Molecuul | Een groep van twee of meer atomen die door chemische bindingen bij elkaar worden gehouden. |
| Elektrische lading | Een fundamentele eigenschap van materie die bepaalt hoe deeltjes met elkaar interageren via elektrische krachten; protonen zijn positief geladen, elektronen negatief. |
| Elektrische stroom | De beweging van elektrische ladingen, meestal elektronen in geleiders, gemeten in Ampère (A). |
| Spanning (potentiaalverschil) | Het verschil in elektrisch potentiaal tussen twee punten, dat de 'drang' van ladingen om zich te verplaatsen aandrijft, gemeten in Volt (V). |
| Vermogen | De snelheid waarmee elektrische energie wordt verbruikt of geleverd, berekend als het product van spanning en stroomsterkte, gemeten in Watt (W). |
| Weerstand | De eigenschap van een materiaal om de doorstroming van elektrische stroom te belemmeren, gemeten in Ohm ( ). |
| Wet van Ohm | Een fundamentele wet in de elektriciteit die de relatie tussen spanning ( ), stroomsterkte ( ) en weerstand ( ) beschrijft: . |
| Wetten van Kirchhoff | Fundamentele wetten voor circuitanalyse: de stromenwet (som van stromen in een knooppunt is nul) en de spanningswet (som van spanningen in een gesloten kring is nul). |
| Magnetisme | Een natuurlijk fenomeen veroorzaakt door bewegende elektrische ladingen, leidend tot magnetische velden en krachten. |
| Elektromagnetisme | Het vakgebied dat de relatie tussen elektriciteit en magnetisme bestudeert, cruciaal voor veel elektronische componenten. |
| Lorentzkracht | De kracht die wordt uitgeoefend op een geladen deeltje dat beweegt in een magnetisch veld, essentieel voor de werking van elektromotoren. |
| Elektromagnetische inductie | Het fenomeen waarbij een veranderend magnetisch veld een elektrische spanning induceert in een geleider, zoals in generatoren en transformatoren. |
| Weerstandskleurcode | Een systeem van gekleurde banden op weerstanden die de waarde, tolerantie en soms de temperatuurcoëfficiënt aangeven. |
| Lichtafhankelijke weerstand (LDR) | Een component waarvan de weerstandswaarde verandert met de hoeveelheid invallend licht; hoe meer licht, hoe lager de weerstand. |
| Thermistor | Een weerstand waarvan de weerstandswaarde sterk afhankelijk is van de temperatuur; er zijn PTC (weerstand neemt toe met temperatuur) en NTC (weerstand neemt af met temperatuur) typen. |
| Potentiometer | Een variabele weerstand met drie aansluitingen die werkt als een spanningsdeler, gebruikt voor instelbare waarden zoals volume. |
| Condensator | Een passief elektronisch component dat elektrische energie opslaat in een elektrisch veld, bestaande uit twee geleidende platen gescheiden door een diëlektricum. |
| Halfgeleider | Een materiaal met een elektrische geleidbaarheid tussen die van een geleider en een isolator, waarvan de eigenschappen kunnen worden gemanipuleerd door doping. |
| N-type halfgeleider | Een halfgeleider gedoteerd met atomen die vijf valentie-elektronen hebben, wat resulteert in een overschot aan vrije elektronen als ladingsdragers. |
| P-type halfgeleider | Een halfgeleider gedoteerd met atomen die drie valentie-elektronen hebben, wat resulteert in "gaten" (afwezigheid van een elektron) als positieve ladingsdragers. |
| Diode | Een halfgeleidercomponent die elektrische stroom voornamelijk in één richting toelaat, gevormd door een PN-overgang. |
| LED (Light Emitting Diode) | Een type diode dat licht uitzendt wanneer er stroom in doorlaatrichting doorheen loopt, waarbij de kleur afhangt van het gebruikte halfgeleidermateriaal. |
| Transistor | Een halfgeleidercomponent gebruikt voor het versterken of schakelen van elektronische signalen, meestal met drie aansluitingen (basis, collector, emitter). |
| API (Application Programming Interface) | Een set regels en protocollen die definieert hoe verschillende softwarecomponenten met elkaar kunnen communiceren. |
| JSON (JavaScript Object Notation) | Een lichtgewicht data-uitwisselingsformaat dat gemakkelijk te lezen en te schrijven is voor mensen, en gemakkelijk te parsen en te genereren voor machines, gebruikt in sleutel-waardeparen. |
| MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) | Een lichtgewicht berichtenprotokol ontworpen voor apparaten met beperkte bronnen en onbetrouwbare netwerken, veel gebruikt in IoT-communicatie via een publish/subscribe model. |
| Node-RED | Een op flow-gebaseerde programmering gebaseerde tool die hardwareapparaten, API's en online services met elkaar verbindt via een visuele editor. |
| Node.js | Een JavaScript runtime-omgeving die het mogelijk maakt om JavaScript-code buiten de browser uit te voeren, populair voor netwerkapplicaties en server-side logica. |
| Prometheus | Een open-source systeem voor monitoring en alerting dat metriekgegevens verzamelt en opslaat, vaak gebruikt in combinatie met Grafana. |
| Grafana | Een populair open-source analyse- en visualisatieplatform dat data uit verschillende bronnen, zoals Prometheus, visualiseert in dashboards. |
| InfluxDB | Een open-source time-series database (TSDB) geoptimaliseerd voor het opslaan en opvragen van tijdgebonden data, essentieel voor het monitoren van sensoren. |
| CAN (Controller Area Network) | Een robuust serieel communicatieprotocol, oorspronkelijk ontworpen voor automotive toepassingen, dat bekend staat om zijn fouttolerantie en efficiënte berichtprioritering. |
| PWM (Pulse Width Modulation) | Een techniek die wordt gebruikt om een analoog resultaat te verkrijgen door snel in- en uitschakelen van een digitaal signaal, waardoor de gemiddelde spanning of het vermogen wordt geregeld. |
| Microcontroller | Een compacte computer op een enkele chip, ontworpen voor specifieke, beperkte taken, vaak met ingebouwde firmware en geprogrammeerd in lagere-niveau talen. |
| Microprocessor | Het centrale verwerkingsonderdeel van een computer, ontworpen om een breed scala aan taken uit te voeren, flexibeler dan microcontrollers en draait doorgaans een volledig besturingssysteem. |
| GPIO (General Purpose Input/Output) | Multifunctionele connectoren op microcontrollers/microprocessors die interactie met de buitenwereld mogelijk maken door te fungeren als input of output. |
| TTL (Transistor-Transistor Logic) | Een oudere logica-technologie die werkt met een voedingsspanning van ongeveer 5V, met specifieke spanningsbereiken voor logische 'hoog' en 'laag'. |
| CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) | Een modernere, energiezuinigere logica-technologie die op verschillende spanningsniveaus kan werken (bv. 3,3V of 5V), met een hogere efficiëntie dan TTL. |
| Logic Level Shifting | Het proces van het omzetten van signalen van het ene logische spanningsniveau naar het andere om compatibiliteit te waarborgen tussen verschillende apparaten. |
| Actief Hoog | Een digitaal signaal dat als 'actief' of 'waar' wordt beschouwd wanneer het een hoge logische waarde heeft (bijvoorbeeld 5V of 3,3V). |
| Actief Laag | Een digitaal signaal dat als 'actief' of 'waar' wordt beschouwd wanneer het een lage logische waarde heeft (bijvoorbeeld 0V). |
| Pull-up weerstand | Een weerstand die een input pin verbindt met de positieve voedingsspanning, waardoor de pin standaard naar een logische 'hoog' wordt getrokken om zweven te voorkomen. |
| Pull-down weerstand | Een weerstand die een input pin verbindt met massa (ground), waardoor de pin standaard naar een logische 'laag' wordt getrokken om zweven te voorkomen. |
| Protocollen | Fundamentele regels en afspraken die worden gebruikt om de communicatie tussen verschillende componenten, apparaten of systemen te standaardiseren en te waarborgen. |
| Seriële protocollen | Protocollen waarbij data bit voor bit over één datalijn wordt verzonden, wat minder draden vereist. Voorbeelden zijn UART, I²C en SPI. |
| Parallelle protocollen | Protocollen waarbij data tegelijkertijd over meerdere datalijnen wordt verzonden, wat hogere datasnelheden mogelijk maakt maar meer bedrading vereist. |
| Synchrone protocollen | Protocollen die zenden en ontvangen data met behulp van een gemeenschappelijke kloksignaal voor precieze timing. |
| Asynchrone protocollen | Protocollen waarbij zenden en ontvangen apparaten geen gedeelde klok hebben; data wordt verzonden in pakketten met start- en stopbits. |
| UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter) | Een veelgebruikt serieel, asynchroon communicatieprotocol voor bit-voor-bit dataoverdracht, vaak gebruikt voor langere afstanden of ruisgevoelige omgevingen. |
| I²C (Inter Integrated Circuit) | Een synchroon, multi-master, multi-slave serieel communicatieprotocol voor korte afstanden met slechts twee lijnen: SDA en SCL. |
| SPI (Serial Peripheral Interface) | Een synchroon, full-duplex, serieel communicatieprotocol voor korte afstanden, gebruikmakend van vier lijnen (MOSI, MISO, SCLK, SS) voor snelle master-slave communicatie. |